Tổng quan các báo cáo thống kê về sự ảnh hưởng của mũ an toàn công nghiệp đến người lao động; cơ sở toán học của phương pháp phần tử hữu hạn; xây dựng mô hình mũ an toàn công nghiệp và sử dụng phần mềm tính toán độ bền; tính toán độ bền mũ bằng phần mềm ansys và so sánh thực nghiệm. Tổng quan các báo cáo thống kê về sự ảnh hưởng của mũ an toàn công nghiệp đến người lao động; cơ sở toán học của phương pháp phần tử hữu hạn; xây dựng mô hình mũ an toàn công nghiệp và sử dụng phần mềm tính toán độ bền; tính toán độ bền mũ bằng phần mềm ansys và so sánh thực nghiệm.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN SỸ TÀI TÍNH TỐN ĐỘ BỀN CỦA MƠ HÌNH MŨ AN TỒN CƠNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ Hà Nội – 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN SỸ TÀI TÍNH TỐN ĐỘ BỀN CỦA MƠ HÌNH MŨ AN TỒN CƠNG NGHIỆP LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT KỸ THUẬT CƠ KHÍ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN ĐÌNH LONG Hà Nội – 2019 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: NGUYỄN SỸ TÀI Đề tài luận văn: Tính tốn độ bền mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp Ngành: Kỹ thuật khí Mã số HV: CB170266 Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung Luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 15 tháng 10 năm 2019 với nội dung sau: - Cắt bỏ bớt mục 2.4 “Một số toán sử dụng toán phần tử hữu hạn”ở trang 19 đến trang 22; - Bổ sung phạm vi nghiên cứu đề tài trang 07; - Chuẩn hóa thuật ngữ “BHLĐ” thuật ngữ “ATVSLĐ” phần Mở đầu - Chỉnh sửa lỗi đánh máy lỗi trình bày luận văn Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm 2019 Tác giả luận văn TS Trần Đình Long Nguyễn Sỹ Tài CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG GS.TS Trần Ích Thịnh SĐH.QT9.BM11 Ban hành lần ngày 11/11/2014 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LỜI CAM ĐOAN Tên học viên: Nguyễn Sỹ Tài Mã số học viên: CB170266 Lớp: 17BCTM.KT Khóa: 2017B Ngành: Kỹ thuật khí Viện Đào tạo Sau đại học – Đại học Bách khoa Hà Nội Tên đề tài: “Tính tốn độ bền mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp” Lời cam đoan học viên: Tôi xin cam đoan kết trình bày nội dung luận văn thực nghiên cứu Bộ môn Cơ học vật liệu kết cấu, Viện Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội hướng dẫn khoa học TS Trần Đình Long Hà Nội, ngày …… tháng …… năm 2019 Học viên Nguyễn Sỹ Tài LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới thầy giáo TS Trần Đình Long tận tâm hướng dẫn, động viên giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Tác giả xin bày tỏ biết ơn tới lãnh đạo đồng nghiệp đơn vị công tác quan tâm, ủng hộ, tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình học tập làm luận văn Tác giả trân trọng cảm ơn quan tâm Viện Đào tạo Sau đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội trình học tập làm luận văn Cuối cùng, tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình ln động viên, ủng hộ tác giả suốt thời gian làm luận văn MỤC LỤC Nội dung Trang Danh mục bảng hình ảnh………… …………………………………… Danh mục ký hiệu chữ viết tắt.………………………………………… MỞ ĐẦU…………………………… ………………………………………… CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN Các báo cáo thống kê ảnh hưởng mũ ATCN đến NLĐ .9 1.1 1.1.1 Tình hình nước 1.1.2 Tình hình nước ngồi 10 1.3 Các nghiên cứu liên quan đến mũ ATCN .13 1.3.1 Nghiên cứu nước .13 1.3.2 Nghiên cứu nước 16 1.4 Yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử Mũ ATCN 17 1.4.1 Yêu cầu kỹ thuật 17 1.4.2 Chỉ tiêu kỹ thuật yêu cầu Mũ ATCN 19 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP 24 PHẦN TỬ HỮU HẠN 24 2.1 Khái niệm chung phương pháp 24 2.2 Nội dung phương pháp 24 2.3 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn .25 2.3.1 Trình tự phân tích giải tốn theo phương pháp PTHH 25 2.3.2 Các phần tử 27 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MŨ ATCN VÀ SỬ DỤNG 30 PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐỘ BỀN .30 3.1 Xây dựng mơ hình 3D mũ ATCN phần mềm CATIA 30 3.2 Phân tích độ bền mơ hình Mũ ATCN phần mềm ANSYS.32 3.3 Mơ hình hóa 3D quy trình giải tốn cho Mũ ATCN 35 3.3.1 Mơ hình 3D Mũ ATCN .35 3.3.2 Các bước giải toán 37 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ĐỘ BỀN MŨ BẰNG PHẦN MẦM ANSYS 38 VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM 38 4.1 Các bước đặt điều kiện ban đầu .38 4.1.1 Đưa mơ hình 3D mũ ATCN vào môi trường Ansys .38 4.1.2 Gán liệu ban đầu: vật liệu, đơn vị… 38 4.1.3 Đặt tải trọng ràng buộc cho mơ hình phân tích 39 4.1.4 Tiến hành chia lưới cho mơ hình .40 4.2 Giải toán .41 4.2.1 Bài toán va đập giảm chấn .41 4.2.2 Bài toán đâm xuyên 44 4.2.3 Bài toán ép ngang 46 4.3 So sánh với kết thực nghiệm 51 4.3.1 Giới thiệu Hệ thống thử nghiệm Mũ ATCN .51 4.3.2 So sánh kết thực nghiệm 52 4.3.2.1 So sánh kết độ bền va đập 52 4.3.2.2 So sánh kết độ bền đâm xuyên 55 4.3.2.3 So sánh kết độ bền ép ngang .57 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO .64 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH ẢNH Danh mục bảng biểu Trang Bảng YCKT mũ ATCN TCVN số nước giới 20 Bảng YCKT ngoại quan đo mũ Bullard – USA 37 Bảng Thông số liên quan đến vật liệu ABS 39 Bảng Tổng hợp kết độ bền va đập 52 Bảng So sánh KQTN độ bền va đập sử dụng Ansys PTN 53 Bảng Tổng hợp kết độ bền đâm xuyên 55 Bảng So sánh KQTN độ bền đâm xuyên sử dụng Ansys PTN 55 Bảng Tổng hợp kết độ bền ép ngang 57 Bảng So sánh KQTN độ bền ép ngang sử dụng Ansys PTN 59 Danh mục hình ảnh Hình Số liệu thống kê tai nạn lao động từ năm 2016 đến 2018 Hình Thống kê tai nạn lao động Hàn Quốc năm 2016 10 Hình Hướng dẫn thao tác sử dụng Mũ ATCN cách 11 Hình Hệ thống thử nghiệm độ bền va đập Mũ ATCN KOSHA 11 Hình Ảnh hưởng chấn thương so với chiều cao tương tác mũ ATCN 12 Hình Thiết bị thử nghiệm Mũ ATCN 14 Hình Mũ ATCN sau thử nghiệm 15 Hình Mũ ATCN có lớp xốp (Hàn Quốc) 15 Hình Mũ ATCN khơng có lớp xốp (Việt Nam) 15 Hình 10 Kết cấu mũ ATCN 19 Hình 11 Các dạng hình học đơn giản phần tử 26 Hình 12 Một số phần tử 28 Hình 13 Phần tử khối tuyến tính, khối bậc hai khối tứ diện 29 Hình 14 Các module thường dùng Catia 31 Hình 15 Giao diện phần mềm ANSYS 32 Hình 16 Xây dựng vấu gắn cầu mũ 35 Hình 17 Mơ hình 3D mũ ATCN 35 Hình 18 Bản vẽ chi tiết mơ hình mũ ATCN 36 Hình 19 Mũ ATCN hãng Bullard – USA 36 Hình 20 Sơ đồ quy trình sản phẩm sở sản xuất 37 Hình 21 Sơ đồ quy trình hướng đến cho sản phẩm 37 Hình 22 Đưa mơ hình 3D mũ ATCN vào mơi trường Ansys 38 Hình 23 Thơng số vật liệu khối lượng đo Ansys 39 Hình 24 Đặt ràng buộc liên kết cho mơ hình mũ ATCN 40 Hình 25 Đặt lực tải trọng lên mơ hình mũ ATCN 40 Hình 26 Kết chia lưới cho mơ hình mũ ATCN 41 Hình 27 Kết độ chuyển vị sau va chạm 42 Hình 28 Kết phân tích ứng suất sau va chạm 43 Hình 29 Kết độ chuyển vị sau thử đâm xuyên 45 Hình 30 Kết ứng suất sau va chạm đâm xuyên 45 Hình 31 Kết độ chuyển vị ép ngang điều kiện F=30N, t=30s 47 Hình 32 Ứng suất đo ép ngang điều kiện F=30N, t=30s 47 Hình 33 Kết độ chuyển vị tăng lực ép với tốc độ 100 N / phút tới đạt 430 N giữ lực 30s 48 Hình 34 Ứng suất lực ép với tốc độ 100 N / phút tới đạt 430 N giữ 30s48 Hình 35 Kết độ chuyển vị lực giảm xuống 25 N phải tăng lên 30 N giữ lực 30 giây 49 Hình 36 Ứng suất khi lực giảm xuống 25 N phải tăng lên 30 N giữ lực 30 giây 49 Hình 37 Đồ thị chuyển vị trình ép ngang 51 Hình 38 Hình Thiết bị thử nghiệm độ bền va đập độ bền đâm xuyên 51 Hình 39 Hình Thiết bị thử nghiệm độ bền ép ngang 52 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ATLĐ : An toàn lao động AT-VSLĐ : An toàn - Vệ sinh lao động ATVSV : An toàn vệ sinh viên BHLĐ : Bảo hộ lao động BNN : Bệnh nghề nghiệp BVMT : Bảo vệ môi trường DN : Doanh nghiệp ĐKLĐ : Điều kiện lao động ILO : Tổ chức lao động quốc tế KHKT : Khoa học kĩ thuật KT- XH : Kinh tế xã hội KTAT : Kĩ thuật an tồn MTLĐ : Mơi trường lao động NSDLĐ : Người sử dụng lao động NLĐ : Người lao động PTBVCN : Phương tiện bảo vệ cá nhân SXKD : sản xuất kinh doanh TNLĐ : Tai nạn lao động TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam PTN : Phịng thí nghiệm QCVN : Quy chuẩn Việt Nam KQTN : Kết thực nghiệm MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong nghiệp Cơng nghiệp hóa đại hóa Việt Nam vấn đề bảo đảm mơi trường làm việc, sức khỏe an tồn cho NLĐ trách nhiệm quan quản lý NSDLĐ Một vấn đề cơng tác Bảo hộ lao động mà cụ thể trang bị cho NLĐ trang thiết bị PTBVCN để sử dụng q trình làm việc cho an tồn nhằm giảm thiểu hạn chế nguy cơ, tai nạn công việc Bảo hộ lao động thể quan điểm coi người vừa động lực, vừa mục tiêu phát triển Một đất nước có tỷ lệ tai nạn lao động thấp, người lao động khỏe mạnh, không mắc bệnh nghề nghiệp xã hội luôn coi người vốn quý nhất, sức lao động, lực lượng lao động bảo vệ phát triển Công tác bảo hộ lao động làm tốt góp phần tích cực chăm lo bảo vệ sức khỏe, tính mạng đời sống người lao động, biểu quan điểm quần chúng, quan điểm quý trọng người Đảng Nhà nước, vai trò người xã hội tôn trọng Ngược lại, công tác bảo hộ lao động không tốt, điều kiện lao động không cải thiện, để xảy nhiều tai nạn lao động nghiêm trọng uy tín chế độ, uy tín doanh nghiệp bị giảm sút Tại Việt Nam, theo thống kê hàng năm, tai nạn lao động liên quan đến phận Đầu yếu tố rơi, ngã, văng bắn vật trình lao động gây thiệt hại thương vong cho NLĐ ảnh hưởng đến kinh tế doanh nghiệp vơ lớn Một ngun nhân chất lượng sản phẩm chất lượng, không đánh giá tiêu chất lượng từ khâu thiết sản xuất theo quy định nhà nước ban hành Tiếp cơng tác kiểm tra phịng thử nghiệm có chức kiểm định cịn q ít, sau chi phí cho lần thử nghiệm lớn nguyên nhân làm cho doanh nghiệp né tránh sản xuất đưa thị trường mà không qua đánh giá kiểm tra phòng thử nghiệm nhà nước định Còn giới nước phát triển như: Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc báo cáo hàng năm họ tai nạn lao động so với Việt Nam nhiều, điều thể qua quán quản lý nhà nước họ cơng tác Bảo hộ lao động Đó công tác tuyên truyền nhận thức NLĐ, sau giám sát đầu vào chất lượng sản phẩm doanh nghiệp, đến đầu kiểm tra chứng nhận kết nhà nước họ Một cơng cụ góp phần vào việc kiểm tra, thiết kế sản phẩm cho phù hợp đạt số từ doanh nghiệp đến PTN họ áp dụng phần mềm kỹ thuật (CAE) cho trình hình thành đưa sản phẩm vào sử dụng Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu luận văn giải toán bền phần mềm ANSYS theo tiêu kỹ thuật quy định theo TCVN 6407:1998 Đề tài hướng đến sử dụng phần mềm vào tính tốn bền với thơng số lực tác động lên mũ ATCN để cụ thể hoá đưa số liệu kết đồ thị, đồng thời công cụ hữu hiệu thiếu trình kiểm tra thiết kế phần mềm cho doanh nghiệp, tiếp hướng tới xây dựng thành PTN ảo cho trình kiểm tra đánh giá chất lượng loại PTBVCN Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài mũ an tồn cơng nghiệp sử dụng rộng rãi cho công nhân, người lao động để phục vụ trình làm việc lao động ngày nhằm bảo vệ khỏi chấn thương học Nội dung nghiên cứu giới hạn phân tích giải số toán va chạm, lực tác dụng dựa vào phần mềm kỹ thuật Ansys so sánh kết với thực nghiệm Cụ thể giải toán sau: - Độ bền va đập; - Độ đâm xuyên; - Độ bền ép ngang Phương pháp nghiên cứu Để đạt mục tiêu đặt ra, phương pháp nghiên cứu sử dụng phần mềm kỹ thuật Catia để thiết kế xây dựng mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp theo quy cách, kích thước mơ hình thật Sau sử dụng phần mềm Ansys phân tích giải tốn va chạm theo TCVN 6407:1998 Phân tích tài liệu khoa học, cơng trình nghiên cứu lĩnh vực sử dụng phần mềm chuyên ngành vào việc phân tích, giải toán kỹ thuật nhằm tổng kết đánh giá ưu/nhược điểm phương pháp cách tiếp cận Từ đó, tập trung nghiên cứu để đưa nhiều phương pháp cách giải toán kỹ thuật, nâng cao hiệu phương pháp Xây dựng quy trình bước để giải toán kỹ thuật theo yêu cầu từ đưa số liệu, bảng biểu sau tính tốn So sánh thực nghiệm mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp tính tốn để kiểm chứng kết với thực tế mũ an toàn công nghiệp thử nghiệm thực tế PTN PTBVCN – Viện Khoa học An toàn Vệ sinh lao động Bố cục luận văn Ngoài phần mở đầu phần kết luận, luận văn gồm phần sau đây: Chương Trình bày tổng quan mũ an tồn cơng nghiệp Chương Trình bày sở toán học phương pháp phần tử hữu hạn Chương Trình bày sở xây dựng mơ hình hóa mũ an tồn cơng nghiệp sử dụng phần mềm tính tốn tốn kỹ thuật Chương Giải toán kỹ thuật phần mềm Ansys so sánh thực nghiệm Cuối kết luận với đánh giá mặt làm chưa làm luận văn Từ rút học kinh nghiệm đề xuất hướng phát triển đề tài CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Các báo cáo thống kê ảnh hưởng mũ ATCN đến NLĐ 1.1.1 Tình hình nước Năm 2018, Bộ Lao động - Thương binh Xã hội thơng báo rên tồn quốc xảy 7.997 vụ tai nạn lao động (TNLĐ) làm 8.229 người bị nạn, đó: - Số người chết TNLĐ: 1.039 người (trong đó, khu vực có quan hệ lao động: 622 người, giảm 6,6% so với năm 2017; khu vực người lao động làm việc không theo hợp động lao động: 417 người, tăng 59,16% so với năm 2017); - Số vụ TNLĐ chết người: 972 vụ (trong đó, khu vực có quan hệ lao động: 578 vụ, giảm 10,8% so với năm 2017; khu vực người lao động làm việc không theo hợp động lao động: 394 vụ, tăng 57,6% so với năm 2017); - Số người bị thương nặng: 1.939 người (trong đó, khu vực có quan hệ lao động: 1.684 người, tăng 0,18% so với năm 2017; khu vực người lao động làm việc không theo hợp động lao động: 255 người, tăng 8,97% so với năm 2017); - Nạn nhân lao động nữ: 2.667 người (trong đó, khu vực có quan hệ lao động: 2.489 người, tăng 7,42% so với năm 2017; khu vực người lao động làm việc không theo hợp động lao động: 178 người, giảm 56,58% so với năm 2017) Hình Số liệu thống kê tai nạn lao động từ năm 2016 đến 2018 1.1.2 Tình hình nước ngồi Hàn Quốc biết đến nước phát triển, an tồn lao động họ xem sách cần thiết ln trọng hàng đầu Hiện nói PTBVCN Hàn Quốc biết đến nước cung cấp nhiều sản phẩm tiếng chất lượng thị trường có Việt Nam như: COV, HANKO…Chính song song với việc phát triển thị trường vấn đề nghiên cứu sở khoa học xây dựng phương pháp, công bố số quan quản lý Hàn Quốc trọng Năm 2018, Sung Hun Kim 1, Changwon Wang 2, Se Dong Min and Seung Hyun Lee [24], công bố cơng trình “Nghiên cứu hệ thống quản lý mũ ATCN cho công nhân ngành xây dựng cảm biến gia tốc ba trục” Báo cáo đưa tình trạng tai nạn lao động tai nạn dẫn đến tử vong chấn thương phận đầu năm 2017 tăng 4,5%, nguyên nhân sử dụng mũ ATCN khơng cách Hình Thống kê tai nạn lao động Hàn Quốc năm 2016 Qua quan Bộ lao động Bộ Y tế Hàn Quốc xây dựng nhiều tiêu, tiêu chuẩn khuyến nghị cảnh báo, hướng dẫn thực cách sử dụng mũ ATCN 10 Hình Hướng dẫn thao tác sử dụng Mũ ATCN cách Tại Hàn Quốc KOSHA biết đến đơn vị có chun mơn an tồn lao động họ có chức phép thử nghiệm chất lượng PTBVCN có mũ ATCN Hình Hệ thống thử nghiệm độ bền va đập Mũ ATCN KOSHA Nước Mỹ biết đến quốc gia có nhiều sách quan trọng an toàn cho người lao động, PTBVCN Mỹ sản xuất có quy trình nghiêm ngặt kinh phí để sử dụng không nhỏ 11 Năm 2016, Sang Chul Kim 1, Young Sun Ro 2, Sang Do Shin Joo Yeong Kim [25] tạp chí “Sức khỏe cộng đồng” có viết nói tác dụng phịng ngừa tai nạn liên quan đến chấn thương sợ não không dùng mũ ATCN Báo cáo đưa số so sánh tỉ lệ tai nạn sọ não gây chết người liên quan đến phần đầu Hàn Quốc 20%, Mỹ 14% tổng số người chết tai nạn năm Hình Ảnh hưởng chấn thương so với chiều cao tương tác mũ ATCN 1.2 Các quy định liên quan đến mũ ATCN An tồn lao động, ln vấn đề xã hội nhiều ban ngành quan tâm An toàn để sản xuất cải vật chất sản xuất cải vật chất phải an tồn Đó ln hiệu mà người lao động phải nhớ Bên cạnh biện pháp kỹ thuật đảm bảo, biện pháp cuối thiếu sử dụng phương tiện bảo vệ cá nhân mũ an tồn cơng nghiệp phương tiện Bởi mũ an tồn cơng nghiệp phương tiện bảo vệ cá nhân có cơng dụng đặc biệt dùng để bảo vệ đầu người lao động khỏi chấn thương vật rơi số yếu tố nguy hiểm khác gây điện, hóa chất cần quan tâm tới chất lượng mũ an tồn cơng nghiệp Chính có nhiều văn quan quản lý nhà nước ban hành có hiệu lực áp dụng liên quan đến quy định tiêu kỹ thuật, yêu cầu mũ an toàn công nghiệp Cụ thể: 12 - Thông tư Số: 04/2014/TT-BLĐTBXH ban hành ngày 12 tháng 02 năm 2014 quy định “Hướng dẫn việc thực chế độ trang bị phương tiện bảo vệ cá nhân”, có quy định bắt buộc đối tượng sử dụng Mũ an tồn cơng nghiệp cơng việc cụ thể; - QCVN 06:2012/BLĐTBXH Ban soạn thảo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia Mũ an tồn cơng nghiệp biên soạn, Cục An tồn lao động trình duyệt, Bộ Khoa học Công nghệ thẩm định ban hành theo Thông tư số 04/2012/TT - BLĐTBXH ngày 16 tháng 02 năm 2012 Bộ Lao động – Thương binh Xã hội - TCVN 2603 – 87 quy định yêu cầu “Mũ bảo hộ lao động cho công nhân hầm lò” - TCVN 6407 : 1998 tương đương với ISO 3873 : 1977 quy định “yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử cho mũ an tồn cơng nghiệp” - Thông tư 28/2012/TT-BKHCN ngày 12/12/2012 Bộ KHCN quy định hướng dẫn “Công bố hợp quy mũ bảo hộ lao động” 1.3 Các nghiên cứu liên quan đến mũ ATCN 1.3.1 Nghiên cứu nước Ở Việt Nam chất lượng mũ an tồn cơng nghiệp nhiều năm quan tâm ban hành tiêu chuẩn TCVN 2603-1987 TCVN 64071998, tiêu chất lượng qui định qui chuẩn QCVN 06:2012/BLĐTBXH, Bộ Lao động – Thương binh Xã hội ban hành, để giám sát chất lượng mũ, sau có số nghiên cứu liên quan tới mũ an tồn cơng nghiệp: Năm 1985, KS Nguyễn Quốc Chính cộng [2], nghiên cứu mũ chống chấn thương sọ não Kết nghiên cứu đề xuất hệ thống tiêu kỹ thuật cho mũ, phù hợp với điều kiện Việt Nam Xây dựng đồng hệ thống thiết bị thử tiêu kỹ thuật mũ Ví dụ sử dụng lực kế hệ thống cảm biến để đo độ giảm chấn mũ đảm bảo độ tin cậy cao để xác định thời gian bắt cháy thân mũ thay cho xác định tốc độ bắt cháy vật liệu 13 Năm 2003, TS Lưu Văn Chúc cộng [1], xây dựng hệ thống đánh giá chất lượng mũ an tồn cơng nghiệp đại tương đương với hệ thống đánh giá chất lượng nước Nhật, Hàn Quốc Cụ thể xây dựng hệ thống thiết bị bao gồm thiết bị sau: Thiết bị đo độ bền va đập, giảm chấn đâm xuyên với dải đo: 1-10kN, sai số≤7%, thiết bị đo độ bền cháy, thiết bị đo độ cứng ép ngang Do việc giám sát chất lượng mũ an tồn công nghiệp thực thi vài năm gần Hình Thiết bị thử nghiệm Mũ ATCN Năm 2010, Nguyễn Thị Thu Thủy cộng [6], xây dựng qui trình thực nghiệm xác định thời gian sử dụng mũ an tồn cơng nghiệp sử dụng ngồi trời Việt Nam xác định thời gian sử dụng số loại mũ phổ biến dùng 14 Hình Mũ ATCN sau thử nghiệm Năm 2009, TS Phạm Thị Bích Ngân [3], cộng đề cập đến khả chống nóng loại mũ bảo hộ lao động: màu trắng màu xanh Phía mũ có lớp xốp mỏng (khoảng cm) có tác dụng chống nóng Hình Mũ ATCN có lớp xốp (Hàn Quốc) Hình Mũ ATCN khơng có lớp xốp (Việt Nam) 15 1.3.2 Nghiên cứu nước Năm 1986, Hickling [14], nghiên cứu 12 yếu tố ảnh hưởng tới việc bảo vệ đầu người đội mũ làm việc là: độ bền thời tiết, tính chất nhiệt, độ bền va đập/giảm chấn, phân bố khối lượng, mức độ vừa vặn, cỡ kiểu dáng, độ vừa vặn trì hoạt động, thể tích mũ, yếu tố tầm nhìn, yếu tố tốc độ âm thanh, tính tương hợp mũ Năm 1989, Nagata [17] đề xuất yêu cầu cho mũ đội suốt mùa hè là: - Vật liệu sản xuất mũ phải phản xạ tốt xạ nhiệt từ mặt trời, ví dụ, màu trắng với bề mặt phẳng nhẵn - Hệ số truyền nhiệt thấp cho vật liệu làm thân mũ; - Thơng gió khơng gian mái vịm đủ rộng để ngăn chặn gia tăng nhiệt độ độ ẩm thân mũ đầu Năm 1976, Fonseca [11], nghiên cứu ảnh hưởng khe thơng gió mũ ATCN tới truyền nhiệt bay Tác giả xác định tổng diện tích bao phủ đầu cần thiết giảm từ 67% đến 47% làm tăng đáng kể truyền nhiệt bay Thêm vào đó, lợi ích hệ thống thơng gió khơng tồn khơng gian khơng lớn tồn vỏ mũ đầu Năm 1988, Abeysekera Shahnavaz [7], nghiên cứu lợi ích mũ ATCN thơng gió phịng thí nghiệm khu khai thác Trong nghiên cứu này, mũ thông gió nhận thấy nóng đổ mồ so với mũ khơng có thơng gió Năm 2009, M.T Halimi cộng [15] mơ số tính chất trao đổi nhiệt độ ẩm mũ an tồn cơng nghiệp Để giúp người thiết kế tối ưu hóa tính chất nhiệt mũ, ảnh hưởng độ dẫn nhiệt độ dày lớp lót vào nhiệt độ vi khí hậu mũ 16 1.4 Yêu cầu kỹ thuật phương pháp thử Mũ ATCN 1.4.1 Yêu cầu kỹ thuật Mũ ATCN đa dạng chủng loại mẫu mã để phù hợp với công việc Tại Việt Nam, nhu cầu sử dụng mũ ATCN vô lớn, lượng lao động chủ yếu ngành xây dựng, khí, viễn thơng Mũ ATCN cung cấp thị trường số sở sản xuất nước như: doanh nghiệp Thuỳ Dương, doanh nhiệp chế tạo ng Bí nhập từ nước như: COV (Hàn Quốc), 3M (Mỹ) Mũ ATCN sản xuất nước hay nhập phải đảm bảo yếu tố sau: Vật liệu làm mũ Yêu cầu vật liệu làm mũ - Vật liệu làm thân mũ cần có độ bền lý cao, phải giữ tính chất suốt thời gian sử dụng - Vật liệu làm mũ khơng chất có độc, khơng bị phân hủy tác dụng mồ hôi, dung dịch tẩy rửa tạo chất độc khoảng khơng mũ, khơng gây kích thích tiếp xúc với da - Vật liệu làm mũ phải bền với xăng dầu, dầu khoáng, chất điện phân (axit, kiềm…), nước nóng dung dịch thử - Vật liệu thân mũ cháy cần khơng bắn tung tóe, tạo giọt, tốc độ chảy mẫu vật liệu thân mũ không 50mm/phút - Vật liệu làm thân mũ không tạo tia lửa điện va chạm với kim loại - Vật liệu tạo mũ cần bền, kỵ nước - Vật liệu thân mũ có tính chất cách điện cao Vật liệu làm mũ thường polyethylene tỷ trọng cao (PEHD), Acrylonitrin butadien styren (ABS), Polyester cốt sợi thuỷ tinh, polyamit (PA), Polycacbonat (PC)… Tuy nhiên nhựa ABS PEHD sử dụng nhiều Các loại mũ ATCN Hàn Quốc, Nhật, Trung Quốc, Đài Loan, … chủ yếu làm hai loại nhựa Ở Việt Nam, nhà sản xuất thường không công bố vật liệu làm 17 mũ, song theo nhãn mác dán vài loại mũ, vật liệu sử dụng thường giới thiệu ABS Kết cấu mũ Trong tiêu chuẩn kết cấu mũ cần phải: - Mũ phải thuận tiện không cản trở tới thao tác người lao động - Mũ cần có kết cấu hồn chỉnh (phải có phận bản: thân mũ, phận bên trong, quai mũ) - Thân mũ phải có hình bầu dục, chi tiết đưa cần uốn trịn.Cho phép bên ngồi thân mũ có số cạnh cứng - Cần thiết bị bên bao gồm giảm chấn, vành đệm đầu, khóa dây điều chỉnh Các chi tiết cần phải tháo mở được, điều chỉnh độ rộng hẹp, nông sâu cho vừa với đầu (theo cỡ đầu) - Mũ cần sản xuất theo nhiều cỡ khác (cỡ mũ độ dài theo chu vi cầu mũ tính cm) - Trọng lượng mũ hồn chỉnh khơng q 400-450g - Mức độ giảm thị trường mũ không 8% - Lưỡi trai mũ không dài 55mm góc nghiêng từ 20-320 - Mũ phải an tồn với lượng va đập 50J - Mũ phải đảm bảo phân bố tải trọng va đập khắp bề mặt tiếp xúc với đầu Độ giảm chấn mũ phải… - Thân mũ khơng có chi tiết dẫn điện, mũ phải bền điện…… - Khoảng không vành khuyên (khoảng không vành đai mũ thân mũ) không nhỏ 5mm lớn 25mm - Khoảng khơng an tồn (khoảng khơng cầu mũ với đỉnh mũ) không nhỏ 25mm Khi thử độ bền va đập, khoảng khơng an tồn khơng nhỏ 5mm 18 STT Tên phận Thân mũ Bộ phận Bộ giảm chấn bên Cầu mũ Dây điều chỉnh Lớp hấp thụ va đập Quai mũ Lưỡi trai Hình 10 Kết cấu mũ ATCN 1.4.2 Chỉ tiêu kỹ thuật u cầu Mũ ATCN Mũ an tồn cơng nghiệp phương tiện bảo vệ cá nhân có cơng dụng đặc biệt dùng để bảo vệ đầu người lao động khỏi chấn thương vật rơi số yếu tố nguy hiểm khác gây điện, hóa chất Yêu cầu kỹ thuật tiêu chuẩn thể loạt tiêu, nhóm tiêu sau: - Nhóm tiêu kết cấu: + Khe hở thẳng đứng + Khe hở xung quanh + Chiều sâu bên + Khối lượng + Độ giảm thị trường (ở số tiêu chuẩn) + Độ bền băng chịu lực (ở số tiêu chuẩn) + Độ hút nước - Nhóm tiêu bảo vệ bắt buộc: + Độ bền va đập 19 + Độ giảm chấn + Độ bền đâm xuyên + Độ bền cháy - Nhóm tiêu bảo vệ để lựa chọn: + Độ cứng ép ngang + Độ bền điện + Độ bền nhiệt độ cao + Độ bền nhiệt độ thấp + Độ bền hố chất (ở số tiêu chuẩn) Các tiêu bắt buộc áp dụng cho tất mũ ATCN, tiêu lựa chọn áp dụng cho loại mũ có địi hỏi riêng tính bảo vệ Bảng yêu cầu kỹ thuật mũ ATCN tiêu chuẩn Việt Nam số nước: Bảng YCKT mũ ATCN TCVN số nước giới Mức đạt TT Chỉ tiêu kỹ thuật TCVN TCVN OCT OCT ANSI Hàn Quốc 6407.199 2603- 12.4.087- 12.4.128 Z89.1- 12-1995 87 80 -83 1986 (ISO 38731977) I Các tiêu kết cấu, vật liệu Khe hở thẳng 25 - 45 25-50 đứng mm 25 - 50 mm Khe hở xung 5quanh mm 32 mm 5mm 5-20mm - 80, 85, 20mm Chiều sâu bên 80, - 90 85, - - 90 mm mm Khối lượng 450g 400 -460g 400480g 20 - 440g 400 30g Độ giảm thị % - - - - - - - - - - 80 N - - - - 0,5 % 0,5 - 5% 1% - trường Độ bền 200 N 50 N băng chịu (: lực 45%) Độ bền mối liên kết giảm chấn thân mũ II Độ hút nước 1,5 % Các tiêu bảo vệ bắt buộc Độ bền va đập Không hư bị Không bị Không bị hỏng hư hỏng hư chịu va chịu va đập 50J Không bị hỏng hư hỏng chịu - chịu - đập va đập va đập 80J 0,2 80J m: 3,6kg h: 1,524m Độ giảm chấn Ftr 5kN Ftr 5kN Ftr 5kN Ftr Ftr Ftr - T0 thấp T0:50 C 4450N 4450N 5kN - T0 chuẩn To m =3,6kg m = h: 1,524m 5kg - T Cao chuẩn lượng 34 C đập 50J va lượng va vật va đập đập 50J h 1m lượng T0-500C, va đập 50J m = 5kg 400C h 1m 100C 500C , 200C 2 65% 5 21 Độ bền đâm Mũi xuyên đâm Mũi đâm Mũi đâm m:1,875kg m:0,45kg m=3 xuyên 30J xuyên 30J xuyên 30J h: 730mm h:3,048m kg không không không sâu đâm sâu đâm h=1 chạm đầu chạm đầu chạm đầu xuyên xuyên m 10mm, 9,5mm Mũi 15mm 11,1mm đâm xuyê n khôn g chạ m đầu Độ bền cháy tBc 5" tc 15" tc: 5" - 76,2 tc 60" mm/ph l mẫu: tBc 75mm III Các tiêu bảo vệ để lựa chọn Độ bền điện 5" Ir1,0mA Ir 0,5mA Ir 3mA Ir 10mA Ir (U:2,2kV) (U: 400V) (U:2,2kV, ( 20kV) 1,2 1ph ) m Ir 9mA A (U: 20kV, (U: 3ph) 12 00 V) Độ bền tĩnh (độ cứng ngang) Biến dạng ép 20 mm Biế - - - - n với lực ép: dạn 100N g 40 m 22 m 1 5m m dư (43 0N ) Độ bền va đập - - - - - - - - - bên Độ bền hóa H2SO4 chất NaOH, H2SO4 - Xăng, Dầu NaOH, Xăng, Dầu Chú thích: - TCVN 2603- 87: Mũ BHLĐ cho cơng nhân mỏ hầm lị - OCT 12.4.087 80 Mũ cho thợ xây dựng, yêu cầu kỹ thuật - OCT 12.4.128 83 Mũ bảo vệ, yêu cầu kỹ thuật chung phương pháp thử - ANSI Z89.1- 1986 Safety helmet - tiêu chuẩn hàn quốc 12/1995 - TCVN 6407 - 1998 mũ an tồn cơng nghiệp 23 CHƯƠNG 2: CƠ SỞ TOÁN HỌC CỦA PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN 2.1 Khái niệm chung phương pháp Phương pháp phần tử hữu hạn (PP PTHH) phương pháp số, đặc biệt có hiệu để tìm dạng gần hàm chưa biết miền xác định V Tuy nhiên PP PTHH khơng tìm dạng xấp xỉ hàm cần tìm tồn miền xác định V mà miền (phần tử) thuộc miền xác định V Do phương pháp thích hợp với hàng loạt tốn vật lý kỹ thuật có hàm cần tìm xác định miền phức tạp gồm nhiều vùng nhỏ có đặc tính hình học, vật lý khác nhau, chịu điều kiện biên khác Phương pháp đời từ trực quan phân tích kết cấu, phát biểu cách chặt chẽ tổng quát phương pháp biến phân Cơ sở phương pháp làm rời rạc hóa miền liên tục phức tạp toán Các miền liên tục chia thành nhiều miền (phần tử) Các miền liên kết với điểm nút Trên miền này, dạng biến phân tương đương với toán giải xấp xỉ dựa hàm xấp xỉ phần tử, thoả mãn điều kiện biên với cân liên tục phần tử Các hàm xấp xỉ biểu diễn qua giá trị hàm (hoặc giá trị đạo hàm) điểm nút phần tử Các giá trị gọi bậc tự phần tử xem ẩn số cần tìm tốn Trong việc giải phương trình vi phân thường, thách thức tạo phương trình xấp xỉ với phương trình cần nghiên cứu Có nhiều cách để làm việc này, tất có ưu điểm nhược điểm PP PTHH lựa chọn tốt cho việc giải phương trình vi phân phần miền phức tạp yêu cầu độ xác thay đổi tồn miền 2.2 Nội dung phương pháp Phương pháp phần tử hữu hạn có nội dung sau: Để giải toán biên miền V, ta chia thành số hữu hạn miền (j = 1, , n) cho hai 24 miền khơng giao chung đỉnh cạnh Mỗi miền gọi phần tử hữu hạn Người ta tìm nghiệm xấp xỉ tốn biên ban đầu không gian hữu hạn chiều hàm số thoả mãn điều kiện khả vi định tồn miền V Có thể chọn sở không gian gồm hàm số ψ1(x), , ψn(x) có giá trị số hữu hạn phần tử gần Nghiệm xấp xỉ toán ban đầu tìm dạng:c1ψ1(x) + + cnψn(x), ck số cần tìm Thơng thường người ta đưa việc tìm ck việc giải phương trình đại số với ma trận thưa (chỉ có phần tử đường chéo số đường song song nằm sát với đường chéo khác khơng) nên dễ giải Có thể lấy cạnh phần tử hữu hạn đường thẳng đường cong để xấp xỉ miền có dạng hình học phức tạp Phương pháp phần tử hữu hạn dùng để giải gần tốn biên tuyến tính, phi tuyến bất phương trình 2.3 Ứng dụng phương pháp phần tử hữu hạn Với hỗ trợ máy tính điện tử, phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng rộng rãi có hiệu nhiều lĩnh vực lí thuyết đàn hồi dẻo, học chất lỏng, học vật rắn, học thiên thể, khí tượng thuỷ văn, v.v Phương pháp phần tử hữu hạn thường dùng toán học (cơ học kết cấu, học môi trường liên tục) để xác định trường ứng suất biến dạng vật thể Ngoài ra, phương pháp phần tử hữu hạn dùng vật lý học để giải phương trình sóng, vật lý plasma, tốn truyền nhiệt, động lực học chất lỏng, trường điện từ 2.3.1 Trình tự phân tích giải tốn theo phương pháp PTHH Bước 1: Rời rạc hóa miền khảo sát Trong bước này, miền khảo sát V chia thành miền 𝑉𝑒 hay thành phần tử có hình dạng thích hợp 25 Với tốn cụ thể số phần tử, hình dạng hình học phần tử kích thước phần tử phải xác định rõ Số điểm nút phần tử không lấy tủy tiện mà tùy thuộc vào hàm xấp xỉ định chọn Các phần tử thường có dạng hình học đơn giản hình (hình 12): Hình 11 Các dạng hình học đơn giản phần tử Bước 2: Chọn hàm xấp xỉ thích hợp Vì đại lượng cần tìm chưa biết, nên ta giả thiết dạng xấp xỉ cho đơn giản tính tốn máy tính phải thỏa mãn điều kiện tiêu chuẩn hội tụ, thường chọn dạng đa thức Rồi biểu diễn hàm xấp xỉ theo tập hợp giá trị có đạo hàm nút phần tử qe Bước 3: Xây dựng phương trình phần tử, hay thiết lập ma trận độ cứng phần tử K e véc tơ tải P e Có nhiều cách thiết lập: trực tiếp, sử dụng nguyên lý biến phân, phương pháp biến phân, Kết nhận biểu diễn cách hình thức phương trình phần tử: K e qe = Pe Bước : Ghép nối phần tử sở mơ hình tương thức mà kết hệ thống phương trình: K q = P Trong đó: 26 K : ma trận độ cứng tổng thể (hay ma trận hệ số toàn miền) q : véc tơ tập hợp giá trị đại lượng cần tìm nút (còn gọi véc tơ chuyển vị nút tổng thể) P : véc tơ số hạng tự tổng thể (hay véc tơ tải tổng thể) Rồi sử dụng điều kiện biên toán, mà kết nhận hệ phương trình sau: K * q* = P* Đây phương trình hệ thống hay cịn gọi phương trình để giải Bước : Giải hệ phương trình đại số K * q * = P* Với tốn tuyến tính việc giải hệ phương trình đại số khơng khó khăn Kết tìm chuyển vị nút Nhưng với tốn phi tuyến nghiệm đạt sau chuỗi bước lặp mà sau bước ma trận độ cứng K thay đổi (trong toán phi tuyến vật lý) hay véc tơ lực nút P thay đổi (trong toán phi tuyến hình học) 2.3.2 Các phần tử Mỗi phần tử có đặc trưng sau: họ phần tử, bậc tự do, số nút v.v Tên phần tử thể đặc trưng phần tử theo mặt - Họ phần tử Một khác biệt lớn họ phần tử loại hình học giả định họ sử dụng 27 Có họ phần tử sau: họ phần tử khối, họ phần tử vỏ, họ phần tử dầm, họ phần tử v.v Mỗi họ phần tử có đặc trưng khác nhau, sử dụng kết cấu khác Hình 12 Một số phần tử - Bậc tự Bậc tự (DOF) biến tính tốn phân tích Đối với tính tốn mơ chuyển vị - ứng suất bậc tự dịch chuyển nút Một số họ phần tử, chẳng hạn dầm vỏ, có bậc tự chuyển động quay Với mô truyển nhiệt bậc tự nhiệt độ nút Do đó, địi hỏi việc sử dụng phần tử khác với phân tích ứng suất khác nhau, bậc tự khác - Số nút Chuyển vị, nhiệt độ bậc tự khác đề cập phần trước tính tốn nút phần tử Tại điểm khác phần tử, chuyển vị thu cách nội suy chuyển vị nút Thông thường bậc nội suy xác định số nút sử dụng phần tử 28 Phần tử có nút đỉnh nó, chẳng hạn khối nút (hình 18.a) sử dụng phép nội suy tuyến tính theo hướng gọi phần tử tuyến tính hay phần tử bậc Phần tử với nút mặt bên, khối 20 nút (hình 18.b) sử dụng phép nội suy bậc hai gọi phần tử bậc hai Phần tử khối tứ diện với nút mặt bên phần tử tứ diện 10 nút (hình18.c) sử dụng thay đổi phép nội suy bậc hai gọi phần tử bậc hai thay đổi Hình 13 Phần tử khối tuyến tính, khối bậc hai khối tứ diện 29 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG MƠ HÌNH MŨ ATCN VÀ SỬ DỤNG PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐỘ BỀN 3.1 Xây dựng mơ hình 3D mũ ATCN phần mềm CATIA Phần mềm Catia phần mềm hỗ trợ cho công việc thiết kế chi tiết người kĩ sư thiết kế Ngồi Catia cịn cung cấp chức lắp ghép chi tiết máy rời rạc thành cụm chi tiết, cấu máy hay máy khí hồn chỉnh Người sử dụng phần mềm Catia mơ chuyển động cụm chi tiết, cấu hay máy khí lắp ráp cách sinh động Sự chuyển đổi môi trường làm việc Catia linh hoạt cách sử dụng Start giúp cho người thiết kế cảm thấy thoải mái tiết kiệm nhiều thời gian Với phần mềm thiết kế khí khác Pro/E, Solid Edge, Solid Work, Để bắt đầu lắp ráp chi tiết máy thiết kế bạn cần thực thao tác thoát file chi tiết bạn thiết kế tạo file lắp ráp thời gian Đối với Catia, bạn làm việc môi trường thiết kế chi tiết mà bạn muốn chuyển đổi sang mơi trường lắp ráp bạn việc chọn cơng cụ Start sau chọn mơi trường lắp ráp chi tiết bạn thực bước tạo file lắp ráp nhanh chóng linh hoạt Hoặc muốn mô chuyển động cấu lắp ráp bạn việc thực thao tác tương tự để vào môi trường mô chuyện động Ngồi bạn thấy chức năng, tính thiết kế mơ Catia bạn sử dụng Catia có nhiều module lớn chia thành nhiều module nhỏ khác nhau: 30 Hình 14 Các module thường dùng Catia - Mechanical design có mơ đun nhỏ Part design, Assembly, Weld Design, Mold Tooling Design…: + Part Design: Thiết kế chi tiết 3D + Assembly Design: Lắp ghép cụm chi tiết + Weld Design: Tạo mối nối công nghệ hàn + Mold Tooling Design: Thiết kế khuôn + Drafting: Bản vẽ kỹ thuật + Core Design: Thiết kế lịng lõi khn + Wireframe and Surface Design: Thiết kế dạng bề mặt khung dây + Generative Sheetmetal Design: Thiết kế kim loại - Module Shape có module nhỏ như: FreeStyle, Sketch Tracer, Generative Shape Design (Thiết kế khung dây bề mặt)… - Machining có module nhỏ: Axis Surface Machining, Lathe Machining, NC Manufacturing Infrastructure, Prismatic Machining (gia công CNC) - Module Analysis & Simulation có module nhỏ: Advanced Meshing tools, Generative Structural Analysis: phân tích độ bền giới hạn (Phương pháp phần tử hữu hạn) 31 3.2 Phân tích độ bền mơ hình Mũ ATCN phần mềm ANSYS ANSYS (Anaslysis System) gói phần mềm phân tích phần tử hữu hạn hồn chỉnh dung để mơ phỏng, tính tốn thiết kế công nghiệp, sử dụng hầu hết lĩnh vực kỹ thuật: kết cấu, điện tử, tương tác môi trường hệ vật lý ANSYS có nhiều Mơ đun: Mơ đun phân tích kỹ thuật theo tốn tính tốn độ bền chi tiết kết cấu Mechanical, tính tốn tốn nhiệt, tính tốn tốn dịng chảy thủy khí CFX… Tùy theo u cầu tính tốn mơ mà chọn mơ đun thích hợp Trong Mơ đun Ansys workbench cho phép dựng mơ hình (Modelling) 3D, mạnh phần mềm dựng hình 3D khác Inventor, SolidWorks, Catia… Dùng Ansys workbench để mơ hình hóa 3D, mơ khơng bị lỗi sử dụng phần mềm khác để dựng hình 3D Hình 15 Giao diện phần mềm ANSYS Mơi trường ANSYS Workbench hồn tồn gắn kết tiến trình mơ thành một, người dùng tương tác với trình phân tích tồn sử dụng trang tảng dự án, thực thi ứng dụng khác tìm kiếm tệp kết chứa tiến trình tạo suốt trình phân tích Sự liên kết chặt chẽ ứng dụng thành phần chưa có từ trước đến dễ 32 dàng cài đặt chí giải tốn mơ vật lý phức tạp Việc xây dựng tương tác với hộp thoại cởi mở, dễ hiểu Hộp thoại bao gồm lựa chọn cho hệ thống dạng khối Để thực mô bản, ví dụ phân tích kết cấu tĩnh, người dùng vào hệ thống phân tích phù hợp hộp thoại dùng cách kéo thả dạng biểu đồ Các hệ thống cá thể bao gồm nhiều ô, ô thể giai đoạn bước riêng biệt q trình phân tích Làm việc xuyên suốt hệ thống từ cao tới thấp, người dùng hồn thành phân tích mình, bắt đầu với tham biến kết nối mơ hình CAD ban đầu tiếp tục thơng qua q trình xử lý kết mơ Khi bước hồn thành, tiến trình thể cách rõ ràng cấp dự án gốc Chuyển file liệu từ ứng dụng tới ứng dụng quản lý toàn khung hệ thống, liệu trạng thái độc lập trực tiếp mô tả khung Các phân tích phức tạp xây dựng cách kết nối nhiều hệ thống với Người dùng đơn giản kéo hệ thống từ hộp thoại vào hệ thống thời biểu đồ Sự kết nối tạo cách hoàn toàn tự đọng liệu truyền sau đó, hệ thống đa mơi trường xây dựng cách kéo thả cách đơn giản Môi trường ANSYS Workbench theo dõi phụ thuộc kiểu liệu khác dự án Nếu có điều thay đổi ô trên, biểu đồ hệ thống thể ô cần phải cập nhật để phản ánh thay đổi Cấp dự án cập nhật học cho phép thay đổi truyền theo cách phụ thuộc lẫn suốt hệ thống chế độ khối lệnh, giảm nhanh chóng yêu cầu cố gắng lập lại việc phân tích trước Tham biến quản lý cấp độ dự án, thay đổi mơ hình hình học CAD tham biến hình học, thông số vật liệu giá trị điều kiện biên Các trường hợp nhiều tham biến định nghĩa cách cao cấp quảng lý điểm thiết kế, tổng dạng bảng trang dự án ANSYS Workbench Các hệ thống thiết kế kết nối với tham biến 33 cấp độ dự án để tự động hóa thiết kế, thiết kế theo kinh nghiệm, tối ưu hóa mục tiêu thiết kế sáu sigma ANSYS Workbench thể bước tiến lớn q trình mơ phần mềm Bên hệ thống khung phần mềm đầy sáng tạo này, nhà phân tích thực hàng loạt công nghệ mô khác nhau, bao gồm gói cơng cụ chung cho việc tích hợp CAD, chỉnh sửa hình học chia lưới Một dạng biểu đồ dự án lạ hướng dẫn người dùng bước phân tích phức tạp, đưa quan hệ liệu với nắm bắt cách tự động q trình phân tích Trong lúc đó, tham biến mơi trường mơ hình liên tục kết nối chặt chẽ phục vụ cho việc tối ưu hóa nghiên cứu thơng kê kỹ sư nhằm đạt thiết kế tốt nhanh 34 3.3 Mơ hình hóa 3D quy trình giải tốn cho Mũ ATCN 3.3.1 Mơ hình 3D Mũ ATCN Sử dụng phần mềm Catia xây dựng biên dạng cho mũ ATCN, tác giả tập trung thiết kế đặc điểm tính tiện nghi mũ để phù hợp với trình dụng Hình 16 Xây dựng vấu gắn cầu mũ Sau sử dụng phần mềm Catia tác giả xây dựng mơ hình 3D mũ ATCN với thơng số: chiều dài (290 mm); chiều rộng (215 mm); chiều cao (140mm) Hình 17 Mơ hình 3D mũ ATCN 35 Từ mơ hình 3D cho vẽ chi tiết 2D mơ hình mũ ATCN Hình 18 Bản vẽ chi tiết mơ hình mũ ATCN Mơ hình mũ ATCN tác giả xây dựng dựa mẫu mũ thực tế có thị trường đánh giá PTN PTBVCN – Viện Khoa học An tồn Vệ sinh lao động Các thơng số đo ngoại quan mũ ATCN hãng Bullard – USA sau: Hình 19 Mũ ATCN hãng Bullard – USA 36 Bảng YCKT ngoại quan đo mũ Bullard – USA STT Chỉ tiêu cần xác định Yêu cầu kỹ thuật Kết đo Vật liệu dử dụng Khe hở thẳng đứng 25mm ≤ Hd ≤ 50mm Hd = 47mm Khe hở xung quanh 5mm ≤ Hq ≤ 20mm Hq = 13mm Chiều sâu bên Hs≥ 90mm Hs = 136mm Khối lượng m ≤ 400g ± 30g m = 371 g Khối lượng thân mũ m=221,89g Chiều dày lớp mũ h= 2.8mm 3.3.2 Các bước giải tốn Hiện theo tìm hiểu đa phần sở sản xuất xây dựng mơ hình khép kín cho đời sản phẩm sau: Hình 20 Sơ đồ quy trình sản phẩm sở sản xuất Chu trình thiết kế tạo nhiều lỗ hổng trình thiết kế dẫn đến sản phẩm đời không đáp ứng theo tiêu chuẩn chất lượng quy định, việc bỏ qua việc tính tốn, mơ số phần mềm chun ngành Chính vậy, quy trình thiết kế cho mũ ATCN tác giả xây dựng quy mô tả sau: Hình 21 Sơ đồ quy trình hướng đến cho sản phẩm 37 CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN ĐỘ BỀN MŨ BẰNG PHẦN MẦM ANSYS VÀ SO SÁNH THỰC NGHIỆM Các bước đặt điều kiện ban đầu 4.1 4.1.1 Đưa mơ hình 3D mũ ATCN vào mơi trường Ansys Mơ hình mũ ATCN xây dựng mơi trường Catia chuyển sang môi trường Ansys để chuẩn bị đặt ràng buộc Hình 22 Đưa mơ hình 3D mũ ATCN vào môi trường Ansys 4.1.2 Gán liệu ban đầu: vật liệu, đơn vị… Trong thư viện ANSYS Workbench có hỗ trợ loại vật liệu đa dạng phổ biến loại: thép, sắt, đồng, nhôm, nhựa tổng hợp, bê tông,… dẫn thơng số thành phần cụ thể Ngồi tự định nghĩa vật liệu cho mơ hình mà thư viện khơng có khơng đáp ứng theo tiêu chuẩn Trong toán này, Vật liệu phổ biến thường sử dụng cho mũ an tồn cơng nghiệp ABS, HDPE…,trong đề tài tác giả chọn vật liệu ABS 38 Lớp vỏ cứng bên ngồi nón bảo hiểm mơ hình theo vật liệu Acrylonitrile Butadiene Styrene ( nhựa ABS ) Trong luận văn, mơ hình vật liệu khai báo chương trình LS-DYNA cho vật liệu ABS MAT_PIECEWISE_PLASTICITY _LINEAR Thơng số vật liệu trình bày bảng THƠNG SỐ VẬT LIỆU CỦA MŨ AN TỒN CƠNG NGHIỆP Chỉ tiêu Đơn vị ABS Khối lượng riêng Kg/mm3 8E-7 Hệ số Poisson - 0.4 Modul đàn hồi GPa Ứng suất chảy GPa 0.004 Bảng Thông số liên quan đến vật liệu ABS Hình 23 Thơng số vật liệu khối lượng đo Ansys Dựa vào (Hình 26) nhận thấy gán vật liệu lên cho mơ hình mũ ATCN, phần mềm cho phép đo thông số về: thể tích, khối lượng tọa độ điểm Kết đo phần mềm cho phần thân mũ m=221,26 g 4.1.3 Đặt tải trọng ràng buộc cho mơ hình phân tích Trước tiến hành phân tích cần đặt tải trọng ràng buộc cho mơ hình ANSYS Workbench có số loại tải trọng sau: áp suất, lực phân bố phân bố khơng đều, momen, trọng lượng, lực qn tính, lực li tâm Và với số loại 39 liên kết sau: Cố định, hoán vị, hoán vị từ xa, đàn hồi, ràng buộc mặt trụ, ràng buộc mặt cầu Hình 24 Đặt ràng buộc liên kết cho mơ hình mũ ATCN Hình 25 Đặt lực tải trọng lên mơ hình mũ ATCN 4.1.4 Tiến hành chia lưới cho mơ hình Tạo lưới bước có tính định phân tích thiết kế Quá trình tạo lưới tự động ANSYS Workbench sinh lưới dựa kích cỡ phần 40 tử chung, mức sai lệch đặc điểm kiểm soát lưới Việc kiểm soát lưới cho phép bạn xác định cỡ phần tử cho chi tiết máy, bề mặt, cạnh đỉnh ANSYS Workbench ước lượng cỡ phần tử chung cho mơ hình với lưu tâm tới thể tích, diện tích bề mặt yếu tố hình học khác Cỡ lưới tạo tùy thuộc vào hình dạng kích thước mơ hình, cỡ phần tử, dung sai lưới, chế độ kiểm soát lưới điều kiện tiếp xúc Trong luận văn này, phương án chia lưới cho mũ an tồn cơng nghiệp lưới tứ diện để phù hợp cho toán phân tích tính tốn xác Hình 26 Kết chia lưới cho mơ hình mũ ATCN 4.2 Giải toán 4.2.1 Bài toán va đập giảm chấn Yêu cầu tiêu chuẩn thử nghiệm - Trọng lượng vật va đập : M = 5,0+ 0,1 kg 41 - Mặt va đập hình cầu có bán kính: R = 48 mm - Độ cao vật thử rơi : H = 000 mm ± mm Phương pháp thử - Cho vật va đập rơi xuống trung tâm đỉnh thân mũ với lượng va đập 50 J, lượng đạt vật va đập rơi từ độ cao 000 mm ± mm Kết phân tích - Kết q trình chuyển vị sau phân tích Ansys thu sau Hình 27 Kết độ chuyển vị sau va chạm Từ kết độ chuyển vị ta thấy mũ bị biến dạng vị trí đo lớn có độ lõm ymax = 8,0737mm 42 - Kết ứng suất phân tích Ansys Hình 28 Kết phân tích ứng suất sau va chạm Dựa vào bảng kết ứng suất mơ hình mũ ATCN ta thấy ứng suất lớn đạt vị trí Max có: σ max = 281,41 Mpa Nhận xét Dựa vào bảng kết ứng suất mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp ta thấy ứng suất lớn đạt vị trí Max có: σ max = 281,41 Mpa Dựa vào bảng kết chuyển vị mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp chuyển vị lớn xảy vị trí mũ vùng màu đỏ đậm Khoảng cách chiều sâu bên mũ mức lớn với khe hở tổng cộng băng cầu khuôn đầu xấp xỉ 10 mm nên ta thấy giá trị chuyển vị lớn ymax = 8,0737mm nằm vùng giới hạn chuyển vị cho phép nên kết cấu mũ an tồn cơng nghiệp đảm bảo điều kiện So sánh với điều kiện đạt mũ lực truyền xuống khuông đầu không 5,0 kN khoảng cách nằm chuyển vị nằm khoảng 10 mm theo TCVN 6407:1998 kết phân tích thỏa mãn điều kiện cho phép 43 4.2.2 Bài toán đâm xuyên Yêu cầu tiêu chuẩn thử nghiệm - Trọng lượng vật rơi : M = 3,0 + 0,05 kg - Góc đỉnh : 600 - Bán kính cầu đỉnh : 0,5 mm - Chiều cao nhỏ phần hình côn : 40 mm - Độ cứng đầu đỉnh : 50 45 độ cứng Rockwell - Độ cao vật thử rơi : H = 000 mm ± mm Phương pháp thử Thử độ bền dâm xuyên cách cố định mũ chắn vào đầu giả thả vật rơi tự do, quan sát mắt thường xem vật nhọn va chạm mũ hay không, khơng đạt Kết phân tích phần mềm Ansys cho thấy giá trị chuyển vị lớn ymax = 8.0437mm 44 Hình 29 Kết độ chuyển vị sau thử đâm xuyên Còn ứng suất lớn đạt vị trí Max có: σ max = 484,72 Mpa Hình 30 Kết ứng suất sau va chạm đâm xuyên Nhận xét: 45 Dựa vào bảng kết ứng suất mơ hình mũ an tồn công nghiệp ta thấy ứng suất lớn đạt vị trí Max có: σ max = 484,72 Mpa Dựa vào bảng kết chuyển vị mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp chuyển vị lớn xảy vị trí mũ vùng màu đỏ đậm Khoảng cách chiều sâu bên mũ mức lớn với khe hở tổng cộng băng cầu khuôn đầu xấp xỉ 10 mm nên ta thấy giá trị chuyển vị lớn ymax = 8.0437mm nằm vùng giới hạn chuyển vị cho phép nên kết cấu mũ an tồn cơng nghiệp đảm bảo điều kiện So sánh với điều kiện đạt mũ vật đâm xuyên không va chạm vào đầu giả người, theo TCVN 6407:1998 kết phân tích thỏa mãn điều kiện cho phép mũ đạt kết 4.2.3 Bài toán ép ngang Yêu cầu tiêu chuẩn thử nghiệm - Mũ phải thử ép ngang (tai ngang tai kia) hai má ép song song có dẫn hướng, có đầu bán kính 10 mm - Độ biến dạng ngang tối đa mũ không 40 mm Phương pháp thử: Giai đoạn Để mũ hai má ép cho vành mũ nằm phía ngồi hai má ép sát với mũ tốt Một lực ban đầu 30 N tác động thẳng góc với má ép mũ bị ép ngang Sau 30 giây, đo khoảng cách hai mặt ép Kết cho thấy mũ ATCN giá trị chuyển vị lớn ymax = 2.6295mm (Độ nén biến dạng tổng cộng bên : 𝑙1= 5.29 mm) 46 Hình 31 Kết độ chuyển vị ép ngang điều kiện F=30N, t=30s Còn ứng suất lớn đạt vị trí Max có: σ max = 7,6521 Mpa Hình 32 Ứng suất đo ép ngang điều kiện F=30N, t=30s Giai đoạn Gia tăng lực ép với tốc độ 100 N / phút tới đạt 430 N giữ lực 30 giây, sau lại đo khoảng cách hai má ép (biến dạng ngang lớn nhất) 47 Hình 33 Kết độ chuyển vị tăng lực ép với tốc độ 100 N / phút tới đạt 430 N giữ lực 30s Kết ta thấy mũ ATCN giai đoạn giá trị chuyển vị lớn ymax = 15,118 mm (Độ nén biến dạng tổng cộng bên : 𝑙2=30.236 mm) Hình 34 Ứng suất lực ép với tốc độ 100 N / phút tới đạt 430 N giữ 30s Cịn ứng suất giai đoạn (Hình 30) đạt lớn đạt vị trí Max có: σ max = 63,168 Mpa 48 Giai đoạn Lực giảm xuống 25 N phải tăng lên 30 N giữ lực 30 giây, sau lại đo khoảng cách hai má ép (biến dạng dư lớn nhất) Hình 35 Kết độ chuyển vị lực giảm xuống 25 N phải tăng lên 30 N giữ lực 30 giây Kết ta thấy mũ ATCN giai đoạn giá trị chuyển vị lớn ymax = 5,2591 mm (Độ nén biến dạng tổng cộng bên : 𝑙3= 10,5182 mm) Hình 36 Ứng suất khi lực giảm xuống 25 N phải tăng lên 30 N giữ lực 30 giây 49 Còn ứng suất giai đoạn đạt lớn đạt vị trí max có: σ max = 15,304 Mpa Nhận xét Dựa vào bảng kết ứng suất mơ hình mũ an tồn cơng nghiệp có nhận xét q trình tác động lực theo phương pháp ép ngang chia làm giai đoạn rõ ràng ứng suất thu giai đoạn tương ứng sau: giai đoạn (σ max = 7,6521 Mpa); giai đoạn (σ max = 63,168 Mpa); giai đoạn (σ max = 15,304 Mpa) Dựa vào bảng kết chuyển vị mô hình mũ an tồn cơng nghiệp chuyển vị lớn giai đoạn mũ ATCN nằm vùng màu đỏ đậm Độ chuyển vị là: giai đoạn (ymax = 2.6295mm); giai đoạn (ymax = 15,118 mm); giai đoạn (ymax = 5,2591 mm) Tương ứng với độ nén mũ với giai đoạn là: 𝑙1= 5.29 mm; 𝑙2 = 30.236 mm; : 𝑙3= 10,5182 mm TCVN 6407:1998 quy định độ biến dạng ngang tối đa mũ không 40 mm (ở giai đoạn 2) độ biến dạng dư không 15 mm (ở giai đoạn 3) mũ ATCN đạt chất lượng so sánh với kết phần mềm ta thấy kết thỏa mãn với điều kiện quy định TCVN 6407:1998 kết đo phần mềm có giá trị 𝑙2= 30.236 mm < 40mm (độ biến dạng giai đoạn 2) 𝑙3= 10,5182 mm < 15 mm (độ biến dạng dư giai đoạn 3) Để mơ lại q trình biến dạng mũ giai đoạn, tác giả kết hợp với Excel vẽ đồ thị dựa số liệu từ phần mềm để làm rõ 50 Hình 37 Đồ thị chuyển vị trình ép ngang 4.3 So sánh với kết thực nghiệm 4.3.1 Giới thiệu Hệ thống thử nghiệm Mũ ATCN Viện Khoa học An toàn Vệ sinh lao động đơn vị định đánh giá chất lượng PTBVCN, có thử nghiệm mũ ATCN Hệ thống vào sử dụng kiểm định chất lượng cho toàn mũ ATCN nước theo TCVN 6407:1998 Hình 38 Hình Thiết bị thử nghiệm độ bền va đập độ bền đâm xuyên 51 Hình 39 Hình Thiết bị thử nghiệm độ bền ép ngang 4.3.2 So sánh kết thực nghiệm 4.3.2.1 So sánh kết độ bền va đập Bảng Tổng hợp kết độ bền va đập KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BẰNG PHẦN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TẠI MỀM ANSYS PHỊNG THÍ NGHIỆM Chuyển vị lớn ymax = 8,0737mm Mũ gá đặt thử va đập hệ thống PTN 52 Đồ thị sau thí nghiệm cho thấy lực xung Ứng suất lớn σ max = 281,41 Mpa lớn khoảng 3400 N Bảng So sánh KQTN độ bền va đập sử dụng Ansys PTN ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM TẠI KHI SỬ DỤNG ANSYS PTN - Thử mơ hình thiết kế sử - Thử trực tiếp mũ thật dụng phần mềm Ansys để thử nghiệm trình thử thực hệ thống thử nghiệm xây dựng lắp đặt - Cho kết chuyển vị trình - Phần mềm kết nối với PC cho tác động vật rơi lên mũ hình ảnh đồ thị trình thử giá trị lực Giá trị chuyển vị lớn nhất: ymax = xung đo khoảng 3400N, 8,0737mm Mơ hình mũ đạt chất lượng giái trị nằm giới hạn theo TCVN 6407:1998 độ chuyển vị cho phép bé 5KN quy bé khoảng cách tiêu chuẩn quy định theo TCVN 6407:1998 định cầu mũ đỉnh mũ 10mm - Kết ứng suất lớn thu được hiển thị hình ảnh phân tích Giá trị ứng suất lớn : σ max = 281,41 Mpa 53 - Thời gian thử nghiệm nhanh, dễ thao tác, yêu cầu thiết bị đơn giản, - Thời gian thử nghiệm dài xem lại q trình thử , kết thơng cần chuẩn bị thực theo qua video ghi lại quy trình thử nghiệm, gửi mẫu, vận chuyển, lưu kho Thiết bị thử nghiệm đồng chuyên dùng - Dễ kiểm sốt điều chỉnh cho phù hợp q trình thiết kế - sản phẩm phù hợp đạt chất lượng Việc điều chỉnh lúc khó sản phẩm sản xuất, kèm tồn hệ thống khn mẫu, thiết bị… Kết luận: - Hai phương pháp thử Ansys với mô hình 3D thử mũ thật PTN cho kết nằm giới hạn cho phép theo TCVN 6407:1998 - Ở Ansys cho biểu đồ độ chuyển vị ứng suất lớn nhất, thực tế thử nghiệm PTN cho đồ thị lực xung - Dựa so sánh đối chiếu tác giả nhận thấy sử dụng Ansys phương pháp hay hồn tồn áp dụng trình thử nghiệm 54 4.3.2.2 So sánh kết độ bền đâm xuyên Bảng Tổng hợp kết độ bền đâm xuyên KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BẰNG KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TẠI PHẦN MỀM ANSYS PHỊNG THÍ NGHIỆM - TCVN 6407:1998 sau thả vật rơi - xuống mũ quan sát mắt thường: mũi đâm xuyên vật nhọn không chạm vào đầu giả (chuông báo chạm đặt đầu không kêu) tức mũ chịu tác động vật rơi Ứng suất lớn σ max = 484,72 Mpa - Chuyển vị lớn ymax = 8.0437mm - Tiến hành đo thực tế vùng bị đâm xuyên, kết đo độ sâu tương đối h= mm Bảng So sánh KQTN độ bền đâm xuyên sử dụng Ansys PTN KHI SỬ DỤNG ANSYS ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM TẠI PTN - Thử nghiệm mơ hình phần - mềm Ansys Thử nghiệm mũ thật hệ thống thử nghiệm - Cho kết hình ảnh với kết - 55 Sử dụng quan sát mắt biểu đồ trình chuyển vị, giá trị thường quan sát Giá trị đo chuyển vị lớn là: ymax = độ sâu lớn vùng bị lõm có độ 8.0437mm sâu h=7 mm - Kết ứng suất hiển thị hình ảnh, giá trị lớn là: σ max = 484,72 Mpa - Quá trình thử nghiệm nhanh, đơn giản - Quá trình thử nghiệm thời gian lâu, thực bắt buộc hệ dễ sử dụng, xem lại q trình thống có đầy đủ thiết bị quan thử kết qua hình ảnh ghi lại sát mắt thường, thủ công - Có thể điều chỉnh xây dựng lại mơ - hình kết khơng đặt Khơng thể xây dựng điều chỉnh mũ sản xuất Kết luận: - Cả hai phương pháp thu kết mũ sau thử nghiệm đạt chất lượng theo TCVN 6407:1998 có độ sâu vùng bị đâm xuyên nằm giới hạn quy định bé 10 mm - Khi sử dụng phần mềm Ansys cho kết biểu đồ chuyển vị biểu đồ ứng suất, biểu đồ rõ ràng hơn, thời gian thử nhanh, linh hoạt Còn phương pháp thử nghiệm thực tiếp bắt buộc phải có hệ thống thử, kết theo dõi mắt thường, muốn đo độ lõm mũ bắt buộc phải đo thủ công dẫn đến sai số lớn - ∆𝑎 Độ sai số tương đối hai phương pháp là: 𝜕𝑎 = |𝑎| = 12.97 % 56 4.3.2.3 So sánh kết độ bền ép ngang Bảng Tổng hợp kết độ bền ép ngang KẾT QUẢ PHÂN TÍCH BẰNG PHẦN KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM TẠI MỀM ANSYS PHỊNG THÍ NGHIỆM - Giai đoạn 1: F = 30N, sau t =30s - Giai đoạn 1: Mũ gá đặt vào hệ thống đặt điều kiện lực ban đầu F = 30N - Chuyển vị lớn ymax = 2.6295mm - Sau t =30s sử dụng thước kẹp đo độ Độ nén biến dạng tổng cộng bên : 𝑙1= 5.29 mm - Ứng suất lớn σ max = 7,6521 Mpa 57 biến dạng tổng cộng 𝐿1 = mm - Giai đoạn 2: Tiếp tục tăng 100N/p - Giai đoạn 2: Tăng 100 N / phút tới F= 430 N giữ lực 30s tới F= 430 N giữ lực 30s - Chuyển vị lớn ymax = 15,118 mm - Đo độ biến dạng mũ bị nén lớn Độ nén biến dạng tổng cộng bên : l2= 30.236 mm - Ứng suất lớn σ max = 63,168 Mpa 58 lúc L2 =32 mm - Giai đoạn 3: F giảm xuống 25 N - Giai đoạn 3: F giảm xuống 25 N phải tăng lên 30 N giữ lực phải tăng lên 30 N 30s giữ lực 30s - Chuyển vị lớn ymax = 5,2591 mm - Đo độ biến dạng nén tổng cộng Độ nén biến dạng tổng cộng bên : lớn 𝐿3= 12 mm 𝑙3= 10,5182 mm - Ứng suất lớn σ max = 15,304 Mpa Bảng So sánh KQTN độ bền ép ngang sử dụng Ansys PTN KHI SỬ DỤNG ANSYS ĐÁNH GIÁ THỰC NGHIỆM TẠI PTN - Thực mơ hình, sử dụng - Thực mơ hình thật, sử phần mềm Ansys dụng hệ thống thử nghiệm để thử 59 - Kết chuyển vị lớn giai - Kết độ nén lớn mũ đạt đoạn biểu thị qua hình ảnh tương ứng có giá trị là: ymax = giai đoạn là: 𝐿1= mm; 𝐿2 =32 2.6295mm; ymax = 15,118 mm; mm; 𝐿3= 12 mm ymax = 5,2591 mm tương ứng với Kết đo thước đẫn tổng độ nén mũ là: : 𝑙1= đến sai số lớn 5.29 mm; 𝑙2= 30.236 mm; : 𝑙3= 10,5182 mm - Kết ứng suất lớn hiển thị hình ảnh giá trị giai đoạn là: σ max = 7,6521 Mpa; σ max = 63,168 Mpa; σ max = 15,304 Mpa - - Q trình phân tích nhanh, dễ thực - Quá trình thử nghiệm lâu hiện, quan sát q trình phân địi hỏi cần ý gá tích đặt mẫu thử Có thể điều chỉnh xây dựng lại mơ hình kết không đặt Nhận xét: - Cả hai phương pháp đưa đến kết kiểm tra cho mũ theo yêu cầu TCVN 6407:1998 Tuy nhiên với ansys cho kết độ chuyển vị ứng suất, thử PTN đo độ chuyển vị - Phần mềm Ansys cho số liệu xác, cịn thử phần mềm bắt buộc phải đo tay để lấy số liệu 60 - Dựa vào kết phân tích đối chiếu tác giả nhận thấy sử dụng Ansys tính tốn cho biểu đồ xác, nhanh chóng, dễ thực quan sát - Độ sai số tương đối hai phương pháp sau giai đoạn là: 𝜕𝑎 = 𝜕𝑎1 +𝜕𝑎2 +𝜕𝑎3 = 9,8% 4.3.3 Nhận xét chung Đề tài “Tính tốn độ bền mơ hình Mũ An tồn cơng nghiệp” tác giả nghiên cứu tổng hợp nội dung nghiên cứu theo yêu cầu ban đầu đưa Trên sở kết thu tác giả có nhận xét: Mũ An tồn cơng nghiệp PTBVCN quan trọng bảo vệ đầu có chức đảm bảo an tồn cho người lao động q trình làm việc tránh khỏi chân thương học tiếp xúc với mối nguy lao động làm việc Chính giám sát chất lượng Mũ ATCN vấn đề cấp thiết quan quản lý nhà nước hoạt động kinh doanh, mua bán PTBVCN, điều thể văn bản: QCVN 06:2012/BLĐTBXH ; TCVN 6407:1998 Hiện toán đặt để giám sát chất lượng Mũ ATCN xác định phải chuẩn từ khâu thiết kế phân tích sản phẩm mơ hình, từ có sở liệu để điều chỉnh phù hợp theo yêu cầu kỹ thuật Trong khuôn khổ đề tài này, tác giả đưa ý tưởng xây dựng mơ hình Mũ ATCN theo kích thước Mũ ATCN đánh giá PTN PTBVCN Viện Khoa học An toàn Vệ sinh lao động, từ sử dụng phần mềm kỹ thuật Ansys để phân tích đánh giá kết phần mềm theo yêu cầu TCVN 6407:1998 so sánh đối chiếu với kết PTN Dựa vào kết phân tích so sánh tác giả nhận thấy sử dụng phần mềm để tính tốn giải tốn độ bền với mơ hình Mũ ATCN giải pháp tối ưu thiết thực, cụ thể: - Phần mềm Catia giải trọn vẹn xây dựng mơ hình 3D mũ ATCN, từ phần mềm cho phép đưa vẽ chi tiết 2D 61 - Khi đưa mơ hình mũ ATCN vào mơi trường Ansys phần mềm cho phép khai báo vật liệu, đặt ràng buộc liên kết cho mơ hình mũ ATCN Trong luận văn tác giả chọn vật liệu ABS theo thông số vật liệu chọn Mũ thật nhà sản xuất Điểm trội tối ưu phần mềm Ansys có sẵn thư viện vật liệu để dễ dàng chọn định nghĩa vật liệu - Tối ưu trình thiết kế sản phẩm trọn vẹn từ ý tưởng ban đầu đến việc hình thành cho đời sản phẩm thực tế - Tiết kiệm chi phí, giúp người kiểm sốt đánh giá phù hợp sản phẩm thiết kế với yêu cầu tiêu kỹ thuật đề - Thời gian kiểm tra nhanh, người thiết kế doanh nghiệp dễ dàng tiếp cận chủ động - Là sở để Phòng thử nghiệm xây dựng nghiên cứu quy trình thử nghiệm đánh giá dựa ứng dụng phần mềm kỹ thuật Tuy nhiên phương diện đề tài cịn vài điểm hạn chế để áp dụng đồng Cụ thể sau: - Để đưa vào áp dụng người sử dụng phải đào tạo sử dụng thành thạo phần mềm kỹ thuật - Các tiêu thử nghiệm, yêu cầu tiêu cụ thể theo tiêu chuẩn quy định có điều kiện mà phần mềm chưa giải triệt để 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Trên sở nghiên cứu vấn liên quan đến Mũ ATCN nội dung yêu cầu kỹ thuật, phương pháp thử chất lượng Mũ ATCN có vai trị lớn định đến an toàn cho người sử dụng phương tiện hỗ trợ NLĐ thiếu trình sản xuất Sử dụng phần mềm kỹ thuật để áp dụng vào q trình sản xuất,tính tốn cho sản phẩm cần thiết, cụ thể khuôn khổ luận văn tác giả đề cập đến cần thiết việc xây dựng mơ hình 3D sản phẩm Mũ ATCN, sau sử dụng phần mềm Ansys để phân tích đánh giá tiêu kỹ thuật bắt buộc Mũ ATCN theo TCVN 6407:1998 Luận văn đến giải tốn va chạm, biến dạng, phá hủy, hay nói cách khác đặt điều kiện lực tác dụng lên mơ hình Mũ ATCN theo u cầu trình tự TCVN 6407:1998 sau sử dụng thao tác, lệnh phần mềm Ansys cho kết Các kết thu dạng biểu đồ, số liệu phân tích, ngồi có mơ số biến dạng hay va q trình va chạm, kết sau so sánh đối chiếu với kết thực tế PTN PTBVCN sở Viện Khoa học An toàn Vệ sinh lao động cho kết với q trình phân tích phần mềm Ansys Từ kết trên, tác giả nhận thấy luận văn giải mục tiêu đề ra, đồng thời mong muốn kết luận văn hướng cho nghiên cứu nhằm góp phần xây dựng công cụ đánh giá, kiểm tra nhanh cho PTN sở sản xuất 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] TS Lưu Văn Chúc, Viện nghiên cứu KHKT BHLĐ, Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu xây dựng đưa vào sử dụng hệ thống thiết bị đánh giá chất lượng mũ an tồn cơng nghiệp”, năm 2004 [2] KS Nguyễn Quốc Chính, KS Dương Cơng Bắc, Viện nghiên cứu KHKT BHLĐ Báo cáo tổng kết đề tài: “Nghiên cứu đưa vào sản xuất mũ chống chấn thương sọ não” Mã số: 58.01.04.02 thuộc chương trình nghiên cứu cấp nhà nước 58.01, năm 1981-1985 [3] TS Phạm Thị Bích Ngân, Viện nghiên cứu KHKT BHLĐ, Báo cáo tổng kết đề tài: “Buớc đầu nghiên cứu ảnh hởng môi trờng điều kiện lao động đến sức khoẻ công nhân làm việc cao ngồi trời cơng trình xây dựng nhà cao tầng đề xuất giải pháp cải thiện", năm 2009 [4] QCVN 06:2012/BLĐTBXH, Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia mũ an tồn cơng nghiệp [5] TCVN 6407-1998: Mũ an tồn cơng nghiệp [6] TCVN 2603-1987: Mũ bảo hộ lao động cho công nhân mỏ hầm lò [7] KS Nguyễn Thị Thu Thủy, Viện nghiên cứu KHKT BHLĐ, Báo cáo tổng kết đề tài: “Xây dựng qui trình thực nghiệm xác định thời gian sử dụng mũ an tồn cơng nghiệp sử dụng ngồi trời Việt Nam”, năm 2010 Tiếng anh [8] Abeysekera, J.D.A., Shahnavaz, H Ergonomics evaluation of modified industrial helmets for use in tropical environments Ergonomics, 31, 1317- 1329 (1988) 64 [9] P A Bruhwiler, Heated perspiring manikin headform for the measurement of headgear ventilation characteristics, Measurement Science and Technology 14 (2003), 217-227 [10] C P Bogerd, Physiological and cognitive effects of wearing a full-face motorcycle helmets, Ph.D Thesis, ETH Zurich, Zurich, Switzerland, 2009 [11] G A Davis et al., Effect of ventilated safety helmets in a hot environment, Industrial Ergonomics 27 (2001), 321-329 [12] Euichul Kwon, Masayoshi Kamijo and Masayuki Takatera, The influence of sweat absorbent liners on helmet comfort and comparision with fabric hand, 2010 [13] Fonseca, G.F: “Physiological factors in protective helmet design” (M1/77/14USARIEM) U.S Army Research Institute of Environmental Medicine Natick, MA (1976) [14] G F Fonseca, “Heat transfer properties of military protective headgear US Army Natick Laboratory Report”, 74-29-CE, 1976, pp 32 [15] E M Hickling, Factors affecting the acceptability of head protection at work, J Occup Accid (1986), 193-206 [16] M.T Halimi, H Dhahri, N Ben Khedher, M Ben Hassen and F Sakli, Thermal Properties of Industrial Safety Helmets, 5(7): 833-844, 2009 [17] X Liu and I Holmer, Evaporative heat transfer characteristics of industry safety helmets, Applied Ergonomics 26(2) (1995), 135-140 [18] Y.-L Hsu, C Y Tai and Y S Chen, Improving thermal properties of industrial safety helmets, Int J Ergonomic 26 (2000), 109-117 [19] Nakata, H : Clothing Hygienics (13 edit), Nakodo, Tokyo, Japan, 126 (1989) 65 [20] Nave, C R (2005) HyperPhysics: Temperature Regulation of the Human Body Retrieved 03/29, 2005 from http://hyperphysics.phyastr.gsu.edu/hbase/thermo/heatreg.html [21] McElrath, S (2001) Preventing Heat Stress Retrieved 03/29, 2005 from http://www.webworldinc.com/wes-con/heatstrs.htm [22] Matweb, I (2005) Material Property Data Retrieved 03/19, 2005 from www.matweb.com [23] Praveen K Pinnoji, Zafar Haider and Puneet Mahajan, Design of ventilated helmets: computational fluid and impact dynamics studies, Vol 13, No 3, June 2008, 265–278 [24] Sung Hun Kim 1, Changwon Wang 2, Se Dong Min and Seung Hyun Lee 4, Safety Helmet Wearing Management System for Construction Workers Using Three-Axis Accelerometer Sensor, Appl Sci 2018, 8(12), 2400 [25] Sang Chul Kim 1, Young Sun Ro 2, Sang Do Shin Joo Yeong Kim 4, Preventive Effects of Safety Helmets on Traumatic Brain Injury after Work-Related Falls, 2016 Nov; 13(11): 1063 66 ... đập 19 + Độ giảm chấn + Độ bền đâm xuyên + Độ bền cháy - Nhóm tiêu bảo vệ để lựa chọn: + Độ cứng ép ngang + Độ bền điện + Độ bền nhiệt độ cao + Độ bền nhiệt độ thấp + Độ bền hố chất (ở số tiêu... độ bền đâm xuyên 51 Hình 39 Hình Thiết bị thử nghiệm độ bền ép ngang 52 DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ATLĐ : An toàn lao động AT-VSLĐ : An toàn - Vệ sinh lao động ATVSV : An toàn. .. DỰNG MƠ HÌNH MŨ ATCN VÀ SỬ DỤNG 30 PHẦN MỀM TÍNH TỐN ĐỘ BỀN .30 3.1 Xây dựng mô hình 3D mũ ATCN phần mềm CATIA 30 3.2 Phân tích độ bền mơ hình Mũ ATCN phần mềm ANSYS.32 3.3 Mơ hình hóa